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» » Cristales sintéticos con propiedades biominerales

Los científicos han creado con éxito cristales sintéticos, con estructuras y propiedades similares a las que tienen los biominerales naturales, como las conchas de mar.


Estos hallazgos, publicados en la revista Nature Materials, podrían ser un paso importante en el desarrollo de materiales de alto rendimiento que podrían ser fabricados en condiciones medioambientales normales.

Los minerales biológicos o "biominerales" están ampliamente distribuidos por toda la naturaleza, en estructuras como pueden ser los huesos, los dientes y las conchas de mar, y a menudo muestran formas y propiedades muy destacables en comparación con sus equivalentes sintéticos.

Una de las características fundamentales de estos biominerales es que son los materiales compuestos, partiendo de un mineral inorgánico, como el carbonato de calcio que contiene una pequeña cantidad de material orgánico, en general, una proteína.

Las estructuras resultantes son increíblemente duras y sus propiedades mecánicas pueden rivalizar con las de materiales sintéticos como la cerámica, que normalmente son fabricados en altas presiones y temperaturas, ofreciendo menos oportunidades para el control de las propiedades del material.

Los científicos están interesados ​​en la comprensión de cómo el mundo biológico es capaz de realizar una ingeniería de precisión en el agua y a temperatura ambiente, de tal manera que puedan aplicar este principio en el diseño y producción de materiales sintéticos que son mucho más verdes que las ya existentes.

Actualmente, un equipo dirigido por la profesora Fiona Meldrum, de la Facultad de Química en la Universidad de Leeds, ha tenido éxito en la creación de biominerales artificiales que exhiben propiedades similares a los biominerales, como las espinas del erizo de mar.

Los consiguieron mediante el crecimiento de cristales de calcita, en presencia de nanopartículas sintéticas de polímeros que actúan como proteínas artificiales. Estas nanopartículas se incorporan a la arquitectura de cristal a medida que crece la creación de un material compuesto.

Los investigadores también evaluaron las propiedades mecánicas del material compuesto con un nanoindentador, una herramienta a modo de pequeño cincel que puede pungir el material y registrar su respuesta a una fuerza.

La profesora Meldrum explicaba que, "este método de creación de biominerales sintéticos nos da una visión única de la estructura de estos increíbles materiales, y la forma en que las moléculas orgánicas se incorporan a la estructura del cristal a un nivel microscópico. Y además, podemos relacionar esta estructura microscópica con las propiedades mecánicas del material."

"Lo que descubrimos es que el biomineral artificial que hemos creado es, en realidad, mucho más duro que el mineral puro de calcita, ya que es un material compuesto. Cuando se agrega algo blando a una sustancia dura se consigue un material más duro que cualquiera de las partes constitutivas"

El profesor y coautor, Stephen Eichhorn, que acaba de trasladarse a la Universidad de Exeter, desde la Universidad de Manchester, señalaba: "Los ejemplos biológicos de estructuras basadas en carbonato cálcico son más duros que el mineral puro sin las proteínas. Es de destacar que hemos logrado el mismo resultado utilizando una 'pseudo' proteína sintética."

"Cuando empecé a investigar las propiedades mecánicas de las conchas marinas en la Univ. de Manchester, mi primer estudiante de doctorado y yo, nos dedicamos a recogerlas, literalmente, de la playa con un cubo y una pala. Entónces no imaginaba que llegaríamos a medir unas propiedades similares en los materiales producidos en el laboratorio."

Los investigadores quieren ahora poder replicar esta técnica utilizando diferentes minerales.

  • Referencia: PhysOrg.com, 06 de septiembre 2011
  • Fuente: 'An artificial biomineral formed by incorporation of copolymer micelles in calcite crystals' by Yi-Yeoun Kim et al, is published in Nature Materials  .
  • Información: la Universidad de Leeds .

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Editor del blog Pedro Donaire

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